Vergleichende elektrochemische Untersuchung von unterschiedlich miteinander verbundenen kieferorthopädischen Legierungen

Abstract

Mit Hilfe des Mini Cell Systems, einer 3 Elektroden Messzelle, sind von verschiedenen kieferorthopädischen Legierungen Korrosionsparameter erstellt und anschließend miteinander verglichen worden. Die Probenkörper in Form von Platzhaltern wurden aus Kinderkronen und Drähten, beides Edelstahllegierungen, gefertigt, wobei die Verbundherstellung mit Hilfe eines Nd YAG Laserschweißgerätes ohne Zulegematerial bzw. mit drei verschiedenen silberhaltigen Loten erfolgte. Um den möglichen Einfluss der heutigen Ernährungsgewohnheiten von Kindern auf die Korrosion zu berücksichtigen, wurden neben der 1%igen NaCl Lösung auch Coca Cola Light und Eistee als Elektrolyt verwendet. In einer weiteren Testreihe wurden einige Probenkörper für 487 Tage in 1%iger NaCl Lösung bzw. Coca Cola light liegend in einem Wärmeschrank bei 37°C aufbewahrt und zur Dokumentation regelmäßig fotografiert. Zusätzlich zu den von sich aus stattfindenden korrosiven Prozessen sollte erfasst werden, welchen Einfluss die Zerstörung der Oxidationsschicht durch Kauen und Knirschen, im Labor nachgestellt durch tägliches Putzen, auf die Korrosionsstabilität hat. Erwartungsgemäß erweist sich die 1%ige NaCl Lösung als am aggressivsten, gefolgt von Coca Cola light. Deutlich sichtbar ist in allen elektrolytischen Lösungen die wesentlich höhere korrosive Aktivität der Lotverbindungen im Vergleich zu denen von Krone, Draht und gelaserter Fügestelle. Dies gilt sowohl für den Anlieferungszustand als auch für den Materialienzustand nach Verarbeitung. Bei allen Kronen und Drähten sind die Korrosionsraten nach der Herstellung der Prüfkörper gegenüber ihren entsprechenden fabrikneuen Produkten reduziert. Grund für die Verbesserung der elektrochemischen Stabilität ist vermutlich die Wärmebehandlung während des Löt bzw. Schweißvorganges. Bei den gelöteten Proben vor und nach Bearbeitung lässt sich dagegen unter diesem Gesichtspunkt keine Tendenz ableiten. In der zweiten Testreihe zeigen die Proben, die in 1%iger NaCl Lösung gelagert wurden, sowie die, die in Coca Cola light gelagert und deren Deckschicht täglich entfernt wurde, erwartungsgemäß die stärkste Korrosion. Letztendlich wird das sich ergebende hoch differenzierte Bild von den Oberflächenstrukturen der Prüfkörper jedoch nur durch das Mini Cell System und dessen besonders kleiner Messfläche ( nur 0,008cm² ) ermöglicht. Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Einsatz von silberhaltigen Loten als nicht mehr zeitgemäß einzuschätzen ist. Stattdessen wird empfohlen die Nd YAG Laser Technik zur Verbindung gleichartiger kieferorthopädischer Legierungen einzusetzen. Weiterhin muss darauf geachtet werden, dass nur noch biokompatible Materialien zum Einsatz kommen, denn auch wenn bei der Korrosion von Metallen im Mund keine toxischen Mengen freigesetzt werden, sind die Langzeitfolgen für den kindlichen Körper, z.B. Allergien, nicht absehbar.

The aim of this work is, with the aid of a Mini-Cell-System (MCS), to characterize the corrosive behaviour of junctions between steel crown and steel wire prepared by different ways, soldered and welded. For this purpose different types of placeholders have been produced, using a Nd-YAG welding laser or three different silver containing solders. To consider the possible influence of present day eating habits of children on the corrosive process, a 1%tive NaCl-Solution, diet Coke and Ice tea were used as electrolyte. In a second test series some samples were stored in a cupboard for 487 days at 37°C, standing in a 1%tive NaCl-Solution or diet Coke periodically photographed for documentation. In addition to the natural corrosive process it should be seized the influence on corrosive stability, by destroying the oxidation layer through chewing and grinding one s teeth, adjusted in the laboratory through daily brushing of the samples. Electrochemical analysis, represented by Current (I)-Voltage (E)-Curves, has shown, that the corrosive susceptibility depends on the kind of electrolyte being used. As was to be expected, the 1%tive NaCl-Solution was the most aggressive electrolyte, followed by diet Coke. It is clear to see that in all electrolytic solutions the corrosive activity of solder connections is significant higher in comparison to crown, wire and laser welded junction. This applies to the delivering condition as it does to the material condition after manufacturing. If we compare the single alloys with their brand new products, we can see that the corrosion rate of all crowns and wires is reduced after manufacturing, soldering or welding, the samples. One reason for the improvement of electrochemical stability is probably the heat treatment during soldering or welding. In the second test series the samples were stored in 1%tive NaCl- Solution, and the samples which oxidation layer has been removed daily showed as expected the highest corrosion. After all the resulting highly detailed pictures of the samples` surface structure are only possible because of the very small measuring area (only 0.008 cm2) of the Mini-Cell-System. To sum up, it can be said that the use of silver solder is no longer state of the art. Instead, it is recommended that the Nd-YAG laser technique should be used for connecting similar alloys to manufacture orthodontic appliances. It is also recommended that only biocompatible materials, which meet all the requirements during the manufacturing process should be used. Although these metal s do not release toxic quantities during the corrosive process in the patient s mouth, the long-term consequences for a child s body, for example allergic reactions, are impossible to predict.